技术领域
[0001] 本
发明涉及利用了银沸石的催化反应热的热源装置、以及银沸石的使用方法。
背景技术
[0002] 作为各种装置的热源，一直以来广泛使用燃气炉、燃
油炉等燃烧式热源。然而，最近倾向于寻求更顾及安全性、环境的热源。例如，
专利文献1中记载的利用了催化剂的反应热的催化反应加热器不会伴随火焰的发生而不用担心失火等，与燃烧式热源相比可以成为安全性高的热源。
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1：日本特开2005-55098号
公报发明内容
[0006] 发明要解决的问题
[0007] 可是，以专利文献1为代表的催化反应加热器中，为了产生充分的热量，作为催化剂必须选择具有充分活性的催化剂。另外，为了成为实用的热源，还必须具备一定程度的耐久性。然而，目前已知的催化剂还不能说具有可耐受产业使用的程度的充分的活性和耐久性。
[0008] 本发明鉴于上述课题而完成，目的在于提供利用了能够用作产业用的热源的催化剂的反应热的新型热源装置。此外，目的在于提供作为催化剂的银沸石的新的使用方法。
[0009] 用于解决问题的手段
[0010] 为了解决上述课题的本发明涉及的热源装置的特征构成在于，
[0011] 是利用了银沸石的催化反应热的热源装置，
[0012] 具备在确保透气性的状态下容纳所述银沸石的容纳容器，
[0013] 按照在所述容纳容器中通气包含氢、
水蒸气和空气的混合气体的方式构成。
[0014] 根据本构成的热源装置，
[0015] 通过在容纳容器中通气包含氢、水蒸气和空气的混合气体，从而氢
吸附于银沸石，并且吸附的氢通过银沸石与空气中的
氧反应，此时产生大量的催化反应热。该氢与空气中的氧的催化反应在水蒸气的存在下进行，因此即使催化反应热连续地产生而成为高温状态也不会发生氢爆炸，能够确保高安全性。因此，能够将该催化反应热作为热源利用。
[0016] 本发明涉及的热源装置中，
[0017] 优选所述混合气体中的氢浓度为1～20容量％，水蒸气浓度为1～95容量％，空气浓度为1～95容量％，
温度为100℃以上。
[0018] 根据本构成的热源装置，在容纳容器中通气的混合气体的组成和温度设定在适当的范围，因此通过银沸石的氢与空气中的氧的催化反应在维持高安全性的同时高效地连续进行，能够作为热源适宜地利用。
[0019] 本发明涉及的热源装置中，
[0020] 优选在所述容纳容器中通气所述混合气体起经过1分钟后的该容纳容器中容纳的所述银沸石的温度成为400℃以上。
[0021] 根据本构成的热源装置，若在容纳容器中通气混合气体，则银沸石以短时间充分发热，因此能够作为热源适宜地利用。
[0022] 本发明涉及的热源装置中，
[0023] 所述银沸石优选为选自将X型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银置换的AgX型沸石、将A型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银置换的AgA型沸石、将Y型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银置换的AgY型沸石、将L型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银置换的AgL型沸石、和将丝光沸石型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银置换的Ag丝光沸石型沸石中的至少一种。
[0024] 根据本构成的热源装置，作为银沸石，采用选自AgX型沸石、AgA型沸石、AgY型沸石、AgL型沸石、和Ag丝光沸石型沸石中的至少一种，该情况下，通过银沸石的氢与空气中的氧的催化反应在维持高安全性的同时高效地连续进行，能够作为热源适宜地利用。
[0025] 本发明涉及的热源装置中，
[0026] 所述银沸石优选为选自将X型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银和银以外的金属置换的AgMX型沸石、将A型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银和银以外的金属置换的AgMA型沸石、将Y型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银和银以外的金属置换的AgMY型沸石、将L型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银和银以外的金属置换的AgML型沸石、和将丝光沸石型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银和银以外的金属置换的AgM丝光沸石型沸石中的至少一种。
[0027] 根据本构成的热源装置，作为银沸石，采用选自AgMX型沸石、AgMA型沸石、AgMY型沸石、AgML型沸石、和AgM丝光沸石型沸石中的至少一种，该情况下通过银沸石的氢与空气中的氧的催化反应也在维持高安全性的同时高效地连续进行，能够作为热源适宜地利用。
[0028] 本发明涉及的热源装置中，
[0029] 优选所述银以外的金属为选自铅、镍和
铜中的至少一种金属。
[0030] 根据本构成的热源装置，AgMX型沸石、AgMA型沸石、AgMY型沸石、AgML型沸石、和AgM丝光沸石型沸石中，采用适当的金属作为银以外的金属，因此通过银沸石的氢与空气中的氧的催化反应在维持高安全性的同时高效地连续进行，能够作为热源适宜地利用。
[0031] 本发明涉及的热源装置中，
[0032] 优选所述容纳容器以具备金属制的通气结构的金属制的筒状部件的方式构成，所述金属制的通气结构在通气方向下游侧具有比所述银沸石的粒径细的网眼。
[0033] 根据本构成的热源装置，通过以具备金属制的通气结构的金属制的筒状部件的形式构成容纳容器，且所述金属制的通气结构在通气方向下游侧具有比银沸石的粒径细的网眼，从而银沸石不会从容纳容器中漏出，通过银沸石的氢与空气中的氧的催化反应在容纳容器内更高效地进行，能够作为热源适宜地利用。
[0034] 本发明涉及的热源装置中，
[0035] 优选所述筒状部件具有具备内管和外管的双层管结构。
[0036] 根据本构成的热源装置，通过将筒状部件设为具备内管和外管的双层管结构，能够在内管与外管之间形成的环状空间流通热介质，因此热效率进一步提高，易用性也变得良好。
[0037] 本发明涉及的热源装置中，
[0038] 优选根据所述银沸石的粒径来设定所述内管与所述外管的间隔距离。
[0039] 根据本构成的热源装置，通过根据银沸石的粒径来设定内管与外管的间隔距离，银沸石的表面产生的催化反应热以少损耗从内管向外管传递，而且在内管与外管之间的环状空间流通热介质的情况下通流阻
力也不会过度变大，因此作为结果，能够实现该热源装置中使用的银沸石的特性得到最有效利用的热源装置。
[0040] 用于解决上述课题的本发明涉及的银沸石的使用方法的特征构成在于，[0041] 将向银沸石通气包含氢、水蒸气和空气的混合气体从而产生的催化反应热作为热源利用。
[0042] 根据本构成的银沸石的使用方法，通过在银沸石中通气包含氢、水蒸气和空气的混合气体，从而氢吸附于银沸石，并且吸附的氢通过银沸石与空气中的氧反应，此时产生大量的催化反应热。该氢与空气中的氧的催化反应在水蒸气的存在下进行，因此即使催化反应热连续地产生而成为高温状态也不会发生氢爆炸，能够确保高安全性。因此，能够将该催化反应热作为热源利用。
[0043] 本发明涉及的银沸石的使用方法中，
[0044] 优选所述混合气体中的氢浓度为1～20容量％，水蒸气浓度为1～95容量％，空气浓度为1～95容量％，温度为100℃以上。
[0045] 根据本构成的银沸石的使用方法，由于向银沸石通气的混合气体的组成和温度设定在适当的范围，因此通过银沸石的氢与空气中的氧的催化反应在维持高安全性的同时高效地连续进行，能够作为热源适宜地利用。
[0046] 本发明涉及的银沸石的使用方法中，
[0047] 优选按照向所述银沸石通气所述混合气体起经过1分钟后的该银沸石的温度成为400℃以上的方式通气所述混合气体。
[0048] 根据本构成的银沸石的使用方法，通过混合气体的通气，银沸石以短时间充分发热，因此能够作为热源适宜地利用。
[0049] 本发明涉及的银沸石的使用方法中，
[0050] 所述银沸石优选为选自将X型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银置换的AgX型沸石、将A型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银置换的AgA型沸石、将Y型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银置换的AgY型沸石、将L型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银置换的AgL型沸石、和将丝光沸石型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银置换的Ag丝光沸石型沸石中的至少一种。
[0051] 根据本构成的银沸石的使用方法，作为银沸石，采用选自AgX型沸石、AgA型沸石、AgY型沸石、AgL型沸石、和Ag丝光沸石型沸石中的至少一种，该情况下，通过银沸石的氢与空气中的氧的催化反应在维持高安全性的同时高效地连续进行，能够作为热源适宜地利用。
[0052] 本发明涉及的银沸石的使用方法中，
[0053] 所述银沸石优选为选自将X型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银和银以外的金属置换的AgMX型沸石、将A型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银和银以外的金属置换的AgMA型沸石、将Y型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银和银以外的金属置换的AgMY型沸石、将L型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银和银以外的金属置换的AgML型沸石、和将丝光沸石型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银和银以外的金属置换的AgM丝光沸石型沸石中的至少一种。
[0054] 根据本构成的银沸石的使用方法，作为银沸石，采用选自AgMX型沸石、AgMA型沸石、AgMY型沸石、AgML型沸石、和AgM丝光沸石型沸石中的至少一种，该情况下通过银沸石的氢与空气中的氧的催化反应也在维持高安全性的同时高效地连续进行，能够作为热源适宜地利用。
[0055] 本发明涉及的银沸石的使用方法中，
[0056] 优选所述银以外的金属为选自铅、镍和铜中的至少一种金属。
[0057] 根据本构成的银沸石的使用方法，AgMX型沸石、AgMA型沸石、AgMY型沸石、AgML型沸石、和AgM丝光沸石型沸石中，采用适当的金属作为银以外的金属，因此通过银沸石的氢与空气中的氧的催化反应在维持高安全性的同时高效地连续进行，能够作为热源适宜地利用。
附图说明
[0058] 图1为本发明的热源装置的示意构成图。
[0059] 图2为关于AgX型沸石的说明图。
具体实施方式
[0060] 以下，对本发明涉及的实施方式进行说明。但是，本发明不限于以下说明的实施方式和图示的构成。
[0061] 首先，对于本发明相关联的技术原委进行说明。本
发明人等发现，作为银沸石的一种的将Na位点的至少一部分用Ag置换的X型沸石(AgX型沸石)具有高碘吸附能力，作为以备
核反应堆中的严重事故的
放射性碘吸附剂进行了专利
申请，在2014年3月20日取得了日本专利权(日本专利第5504368号)。根据该日本专利的
说明书，可以明确AgX型沸石不仅具有放射性碘的吸附能力，还具有优异的氢的吸附能力。
[0062] 本发明人等对上述的AgX型沸石进行了进一步研究，结果新发现，使氢吸附于AgX型沸石时，若在对氢加上水蒸气和空气的混合气体的状态下使其通气于AgX型沸石，则AgX型沸石显示出进一步良好的氢吸附能力，并且由于混合气体含有水蒸气，即使是高温状态也不会发生氢爆炸而催化反应(氢的消耗)安全地进行，进而能够高效地取出产生的催化反应热。本发明将对于包含AgX型沸石的银沸石而言在水蒸气的存在下进行氢与空气(氧)的催化反应时产生的热作为各种产业用的热源利用。
[0063] 图1为本发明的热源装置100的示意构成图。图1(a)示出第一实施方式涉及的热源装置100，图1(b)示出第二实施方式涉及的热源装置100。作为各实施方式共通的主要构成，热源装置100具备容纳银沸石1的容纳容器10。
[0064] 银沸石1以各种沸石为
基础，该沸石所具有的离子交换位点的至少一部分被银置换的银沸石。作为这样的银沸石1，可以举出将X型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银置换的AgX型沸石、将A型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银置换的AgA型沸石、将Y型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银置换的AgY型沸石、将L型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银置换的AgL型沸石、和将丝光沸石型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银置换的Ag丝光沸石型沸石等。
[0065] 另外，作为银沸石1，还可以举出将X型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银和银以外的金属置换的AgMX型沸石、将A型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银和银以外的金属置换的AgMA型沸石、将Y型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银和银以外的金属置换的AgMY型沸石、将L型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银和银以外的金属置换的AgML型沸石、和将丝光沸石型沸石所具有的离子交换位点的至少一部分用银和银以外的金属置换的AgM丝光沸石型沸石等。该情况下，作为银以外的金属，可以举出铅、镍和铜等。
[0066] 本发明中，特别适宜使用氢分子吸附能力高的AgX型沸石。
[0067] 在此，对AgX型沸石进行说明。图2是关于AgX型沸石的说明图。图2(a)是沸石的
晶体结构的示意图，图2(b)是13X型沸石的钠位点被银置换的反应的说明图。图2(c)是将13X型沸石的钠位点用银置换的结果的细孔径的尺寸变小的说明图。
[0068] 如图2(a)所示，沸石是
硅酸盐的一种，结构的基础单元是四面体结构的(SiO4)4-和(AlO4)5-，该基础单元相继三维地连结而形成晶体结构。根据基础单元的连结形式形成各种各样的晶体结构，形成的每个晶体结构具有固有的均匀的细孔径。由于具有该均匀的细孔径，沸石具备分子筛、吸附、离子交换能力这样的特性。
[0069] 例如，13X型沸石是工业上广泛使用的X型沸石，其组成是Na86[(AlO2)86(SiO2)106]·276H2O。如图2(b)所示，通过将作为13X型沸石的离子交换位点的钠位点用银进行离子交换，可以得到能够用于本发明的热源装置100的AgX型沸石。AgX型沸石的银离子交换率设为90％以上，优选设为95％以上。
[0070] 另外，AgX型沸石优选没有被银以外的物质离子交换。即，AgX型沸石优选实质上13X型沸石中的大致所有的钠位点与银进行离子交换。若为这样的高离子交换率，则具有非常优异的氢分子吸附能力。这是由于，如图2(c)所示，用银进行离子交换前的具有钠位点的
13X型沸石的细孔径(约0.4nm)对于捕捉氢分子(分子直径：约0.29nm)来说是过大的尺寸，但若用银离子交换钠位点，则成为氢分子正好纳入的最佳细孔径(约0.29nm)，其结果是，用银离子交换的13X型沸石能够高效且有效地吸附氢分子。
[0071] 实际使用的情况下，AgX型沸石优选加工成粒状。此时的粒子尺寸优选为8×12目至10×20目(JIS K 1474-4-6)。需要说明的是，关于粒子尺寸的目(mesh)表述，例如，“10×20目”是指，粒子通过10目的筛但通不过20目的筛，即，意为粒子尺寸为10～20目。10目是指，在1英寸(约2.54cm)之间有10个晶格，即，表示一个晶格的尺寸约为2.54mm。
[0072] 上述银沸石1容纳于容纳容器10。作为容纳容器10，例如，如图1(a)所示，由作为筒状部件的金属管10构成，在其两端设置比银沸石1的粒径细的金属制的网眼11，构成为能够确保透气性的状态(第一实施方式)。金属管10如图1(b)所示，可以是具备内管10a和外管10b的双层管结构(第二实施方式)。该情况下，内管10a与外管10b由未图示的筋或支柱连接固定，在内管10a与外管10b之间形成的环状空间流通热介质。如此一来，热源装置100的热效率进一步提高，易用性也变得良好。作为热介质，可以使用水、油、熔融状态的
锡等。
[0073] 作为热源装置100，在采用图1(b)所示的第二实施方式的构成的情况下，优选根据银沸石1的尺寸(粒径)适当设定内管10a与外管10b之间形成的环状空间的尺寸(内管10a与外管10b的间隔距离)。例如，若将内管10a与外管10b的间隔距离设为银沸石1的粒径的0.5～10倍、优选为1～5倍的距离，则在银沸石1的表面产生的催化反应热(详细后述)以少损耗从内管10a向外管10b传递，而且在担负热交换作用的环状空间中流通的热介质的通流阻力不会过度地变大，因而作为结果，能够实现该热源装置100中使用的银沸石1的特性得到最有效利用的热源装置100。
[0074] 作为金属管10和金属制的网眼11的原材，可以使用
铁、铜、银、镍、
铝、
钛、不锈
钢等各种金属原材或包含它们的
合金，但由于湿润的混合气体G(详细后述)
接触金属管10和金属制的网眼11，因而优选使用具有耐蚀性的铝、钛、
不锈钢。若使用具备由具有耐蚀性的金属构成的通气结构(网眼11)的金属管10，则银沸石不会从金属管10漏出，通过银沸石的氢与空气中的氧的催化反应在金属管10内更高效地进行，能够作为热源适宜地利用。
[0075] 在金属管10的端部设置的网眼11的尺寸优选在通气方向下游侧具有比银沸石的粒径细的网眼(例如，比20目细的网眼)。对于银沸石1而言，由于调整到8×12目至10×20目的银沸石易用性好，因此通过在通气方向下游侧设置具有比20目细的网眼的网眼11，能够兼顾向金属管10内保持银沸石1、以及金属管10的透气性。需要说明的是，对于通气方向上游侧的网眼11的尺寸没有特别限制，若采用与通气方向下游侧同样具有比20目细的网眼的尺寸，则即使万一混合气体G发生逆流，银沸石1也留在金属管10内，因此能够保持安全状态。
[0076] 在上述容纳容器10中，通气包含氢、水蒸气和空气的混合气体G。混合气体G由于包含水蒸气因此是湿润的气体，但若混合气体G与容纳容器10的内部的银沸石1接触，则混合气体G中包含的氢吸附于银沸石1，并且吸附的氢通过银沸石1与混合气体G中包含的空气中的氧反应，此时产生大量的催化反应热。此时，两端设置了金属制的网眼11的容纳容器(金属管)10由于透气性良好并且热效率优异，因此接受通过银沸石1的氢与氧的催化反应热而温度较迅速地上升。特别是作为银沸石1采用AgX型沸石的情况下，若在常温(15～25℃)下的容纳容器10中通气混合气体G，则经过1分钟后的该容纳容器10中容纳的AgX型沸石的温度成为400℃以上。其结果是，容纳容器10的温度也从常温急剧上升到约400℃。另一方面，该氢与空气中的氧的催化反应在水蒸气的存在下进行，因此即使催化反应热连续地产生而变成高温状态，也不会发生氢爆炸，能够确保高安全性。
[0077] 混合气体G的优选组成是，氢浓度为1～20容量％、水蒸气浓度为1～95容量％、空气浓度为1～95容量％。更优选混合气体G的组成是，氢浓度为1～15容量％、水蒸气浓度为10～90容量％、空气浓度为5～80容量％。另外，混合气体G的优选温度为100℃以上，更优选温度为120℃以上，最优选温度为130℃以上。
[0078] 若使这样的混合气体G与银沸石1接触，则通过银沸石1的氢与空气中的氧的催化反应在维持高安全性的同时高效地连续进行，容纳容器10温度上升从而能够以热的形式回收。回收的
热能够作为各种装置的热源利用。
[0079] 可见，根据本发明，凭借在两端设置了金属制的网眼11的容纳容器(金属管)10的内部填充银沸石1(优选AgX型沸石)并在该容纳容器10中通气包含氢、水蒸气和空气的混合气体G的较简单的构成，能够实现以往没有的基于全新概念的热源装置。
[0080] 产业上的可利用性
[0081] 本发明的热源装置能够作为产业用的各种热源利用。例如，能够作为与
燃料电池、发电材料组合的热源系统利用。另外，作为一般家庭用的热源，还能用于暖气、烹调器具等。本发明的银沸石的使用方法也能在上述例示的各领域中利用。
[0082] 符号说明
[0083] 1 银沸石
[0084] 10 容纳容器(金属管)
[0085] 10a 内管
[0086] 10b 外管
[0087] 11 通气结构(网眼)
[0088] 100 热源装置
[0089] G 混合气体
